(57)【要約】【課題】板圧延機の変形特性の同定方法と圧下装置の設定および制御を最適にする方法を提供する。【解決手段】ロール回転停止状態で圧下装置を操作して板圧延機のキスロール締め込みを実施し、複数の圧下位置条件に対して、板圧延機の作業側および駆動側に配備されている圧延荷重測定装置の出力値と、作業側および駆動側の圧下位置の測定値を同時に採取し、作業側および駆動側のそれぞれの圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性を演算する板圧延機の変形特性同定方法において、前記圧下位置条件毎にロールを回転させてロール間の摩擦抵抗を解放した後にロール回転を停止し、前記圧延荷重測定装置の出力値および前記圧下位置の測定値を採取することを特徴とする板圧延機の変形特性同定方法およびそれを用いる圧延方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロール回転停止状態で圧下装置を操作して板圧延機のキスロール締め込みを実施し、複数の圧下位置条件に対して、板圧延機の作業側および駆動側に配備されている圧延荷重測定装置の出力値と、作業側および駆動側の圧下位置の測定値を同時に採取し、作業側および駆動側のそれぞれの圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性を演算する板圧延機の変形特性同定方法において、前記圧下位置条件毎にロールを回転させてロール間の摩擦抵抗を解放した後にロール回転を停止し、前記圧延荷重測定装置の出力値および前記圧下位置の測定値を採取することを特徴とする板圧延機の変形特性同定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の板圧延機の変形特性同定方法によって同定された作業側および駆動側の圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性に基づいて、圧延実行時の作業側および駆動側の圧下位置設定値および／または圧下位置制御量を演算することを特徴とする板圧延方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板等の金属板材を圧延する板圧延機の変形特性同定方法およびそれを用いる板圧延方法に関し、特に、圧下装置の設定および制御を最適にすることのできる板圧延機の変形特性同定方法およびそれを用いる板圧延方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属板材の圧延操業における重要課題の一つに、圧延材の伸び率を作業側と駆動側とで等しくすることがある。なお、以下の説明では、表記を簡単にするため作業側と駆動側のことを左右と称することにする。
この伸び率が左右不均等になった場合、キャンバーや板厚ウェッジという圧延材の平面形状および寸法精度不良を生ずるばかりではなく、蛇行や尻絞りという通板トラブルを生じることがある。
左右の伸び率を均等にするための操作手段としては、圧延機の圧下位置の左右差の解消、すなわち圧下レベリング操作が用いられる。通常、圧下レベリングの操作は、圧延前の設定、圧延中の操作ともに、オペレータが圧延操業を注意深く観察しながら操作している場合がほとんどであるが、上述したキャンバーや板厚ウェッジの品質不良や通板トラブルを十分に制御できていなかった。
【０００３】
上記問題に対して、特許文献１には、圧延機のロードセル荷重の左右差の和に対する比に基づいて圧下レベリング制御を実施する技術が開示されている。
また、特許文献２には、圧延機入側の圧延材のずれ、すなわち蛇行量を直接検出することにより、圧下レベリングを操作する技術が開示されている。
ここで例示した圧延材の伸び率の左右差を零にするための技術は、何れも制御手段としては圧下レベリングを最適化することを目標としているが、何れの技術も、圧延材の伸び率に左右差を生じ、これが圧延材の蛇行やキャンバーとして検出されてからアクションを起こすフィードバック方式の制御技術である。このような方式の制御の場合、圧延材の伸び率に左右差を生じてから、これが蛇行やキャンバーとして検出されるまでには有意な時間遅れが存在し、そのためこれらフィードバック方式の制御のみで蛇行やキャンバーの問題を完全に解決するまでには至っていなかった。
【０００４】
上記技術の問題点を解決できる可能性のある技術として、特許文献３および特許文献４が開示されている。これらの技術は、上記フィードバック方式の技術とは異なり、圧延機の変形特性の左右非対称性を正確に把握し、さらには圧延材の寸法や変形抵抗のような変形特性の左右非対称性をも正確に把握した上で、圧延開始前の圧下設定値を最適に設定して、圧延材頭部の圧延開始時点から蛇行やキャンバーを発生させない操業を実現することを目的としている。
【特許文献１】特公昭５８−５１７７１号公報
【特許文献２】特開昭５９−１９１５１０号公報
【特許文献３】特許第２６０４５２８号公報
【特許文献４】特開平１１−３４７６１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記の特許文献３においては、特に圧延機の変形特性の左右非対称性を同定するため、圧下装置を操作してキスロール締め込みを実施し、作業側および駆動側の圧下位置と圧延荷重測定用ロードセルの出力を、複数の圧下位置条件に対して測定し、各圧下位置条件に対応するロール系の変形を計算して分離し、その結果として求められる圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性の左右非対称性を同定し、このようにして得られた圧延機の変形特性を利用して、最適な圧下レベリング設定を実施する技術が開示されている。ここで、キスロール締め込みとは、圧延材の存在しない状態で、上下作業ロールを互いに接触させて、ロール間に負荷を与えることを意味している。
しかしながら、特許文献３に開示されている技術を実施したところ、圧延機によっては、同定された圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性に十分な再現性が見られない場合があり、このため圧下位置の設定値を必ずしも最適化することができず、その結果として、蛇行やキャンバーの発生を十分に防止できていなかった。
【０００６】
この問題点を改善できる技術として、特許文献４においては、キスロール締め込み時に発生するロール間スラスト力の影響を排除するため、ロール回転停止状態においてキスロール締め込みを行い、高精度に圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性の左右非対称性を同定し、このようにして得られた圧延機の変形特性を利用して、最適な圧下レベリング設定を実施する方法が開示されている。
しかし、この方法により、ロール回転停止状態においてキスロール締め込みを実施することによりロール間スラスト力の影響を排除することができるが、ロール回転停止状態でキスロール締め込みを実施した場合、ロール間の摩耗抵抗によりロール変形が変化し、同定された圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性に誤差が入るという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、ロール回転停止状態におけるキスロール締め込みテストにより圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性を同定する場合に、ロール間スラスト力の影響を排除し、かつ、ロール間の摩擦抵抗による同定誤差を排除することによって、従来に比して高精度な圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性の同定ができ、その結果を活用した板圧延機の圧下位置設定および／または圧下位置制御を効果的に行うことが可能な、板圧延機の変形特性同定方法およびそれを用いる板圧延方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ロール回転停止状態におけるキスロール締め込みテストにより圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性を同定する場合、圧下位置条件毎にロールを回転させロール間の摩擦抵抗を解放してからロール回転停止状態で圧下位置および荷重のデータを採取し、ロール間スラスト力の影響を排除し、かつ、ロール間の摩擦抵抗による同定誤差を排除することによって、従来に比して高精度な圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性の同定が可能となり、さらに、その結果を活用した板圧延機の圧下位置設定および／または圧下位置制御を効果的に行うことができることを見出して完成されたものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）ロール回転停止状態で圧下装置を操作して板圧延機のキスロール締め込みを実施し、複数の圧下位置条件に対して、板圧延機の作業側および駆動側に配備されている圧延荷重測定装置の出力値と、作業側および駆動側の圧下位置の測定値を同時に採取し、作業側および駆動側のそれぞれの圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性を演算する板圧延機の変形特性同定方法において、前記圧下位置条件毎にロールを回転させてロール間の摩擦抵抗を解放した後にロール回転を停止し、前記圧延荷重測定装置の出力値および前記圧下位置の測定値を採取することを特徴とする板圧延機の変形特性同定方法。
（２）（１）に記載の板圧延機の変形特性同定方法によって同定された作業側および駆動側の圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性に基づいて、圧延実行時の作業側および駆動側の圧下位置設定値および／または圧下位置制御量を演算することを特徴とする板圧延方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の板圧延機の変形特性同定方法およびそれを用いる板圧延方法を採用することにより、ロール間スラスト力およびロール間の摩擦抵抗の影響を排除した高精度な圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性の同定が可能となり、この同定結果に基づいて最適な圧下位置の設定および制御が実施できることになるので、その結果、圧延操業における蛇行や通板トラブルの発生頻度を大幅に低減し、さらに圧延材の板厚精度の向上、キャンバーや板厚ウェッジも大幅に低減することができるので、圧延に要するコスト削減と品質向上を同時に達成することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
図３は、本発明の板圧延機の変形特性同定方法を適用する圧延機として４段圧延機の作業側の側面図を示す図である。
この４段圧延機は、単なる一例であって、本発明は、更に中間ロールが加えられた形式の５段あるいは６段以上の圧延機にも適用可能であることは言うまでもない。
【００１１】
図３において、圧延機１は、ハウジング２に作業ロールチョック５ａ、５ｂ、および補強ロールチョック６ａ、６ｂを介して回転自在に支持された作業ロール３ａ、３ｂと、補強ロール４ａ、４ｂを具備して成り、４段圧延機を構成している。ハウジング２には左右一対、つまり作業側と駆動側の圧下装置８が設けられており、上下の作業ロール３ａ、３ｂの間隙を制御する。 上下補強ロールの左右の圧下支点位置には、圧延荷重測定装置７が配備されている。なお、図３には、インクリース作業ロールベンディング装置９ａ、９ｂ、ディクリース作業ロールベンディング装置１０ａ、１０ｂを表示しているが、本発明の板圧延機の変形特性同定方法およびそれを用いる圧延方法においては、必須要件ではない。また、１１は、パスライン高さ調整用ライナーである。
【００１２】
圧延機のロードセルで測定される圧延荷重の左右差には、圧延材と作業ロール間の圧延荷重分布の左右非対称性の他に、例えば４段圧延機の場合、作業ロールと補強ロールの間、６段圧延機の場合、作業ロールと中間ロール、中間ロールと補強ロールとの間にロール軸方向に作用するスラスト力が最も大きな要因として含まれている。これらのロール間に作用するスラスト力は、ロールに余分なモーメントを与え、このモーメントに釣り合うように左右の圧延荷重差が変化するので、作業側および駆動側の圧下位置と圧延荷重測定用ロードセル荷重測定値を基本データとして圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性の左右非対称性を同定する場合には、大きな誤差要因となる。
上述のロール間スラスト力が発生する主原因は、互いに接触すると隣り合うロールの回転軸が、ロールチョックとハウジングウィンドウ間の僅かな間隙の分だけ平行位置からずれることによる。このように隣り合うロール軸の平行度に誤差を生じた場合、ロール回転に伴う両者のロール周速ベクトルにロール軸方向の偏差成分を生じることになり、この偏差成分にしたがって、ロール回転に伴って常にロール軸方向の滑りを生じることになり、このような滑りによって発生する力がロール間スラスト力である。
【００１３】
このようなスラスト力の外乱に対して、前掲の特許文献４の方法では、ロール回転停止状態においてキスロール締め込みを行い、圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性を同定する方法を開示している。前述のようにロール間のスラスト力はロール回転に伴って発生するので、特許文献４の方法では、ロール回転停止状態でキスロール締め込みを実施するので、ロール間スラスト力は実質的に発生することがなく、圧延荷重測定用ロードセルへの外乱の影響は排除することができる。
しかしながら、この方法では、ロール回転停止状態でキスロール締め込みを実施するので、ロール表面の摩擦係数が高い場合など、ロール間の摩耗抵抗によりロール変形が変化し、同定された圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性に誤差が入るという問題がある。図４には、ロールたわみが生じた場合の補強ロールおよび作業ロール間のロール軸方向変位の方向を示す。これらの変位方向は、補強ロールおよび作業ロール間で逆の方向になるため、ロール間で摩擦抵抗が発生しロール変形が変化する。ロールの摩擦係数が左右非対称であれば、前記ロール変形の変化が左右非対称になるばかりか，ロール間に作用するロール軸方向の摩擦力が左右釣り合わずロールに余分なモーメントを与えることになり，同定された圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性も非対称な誤差が入ることになる。このようなロール間の摩擦抵抗は、締め込み荷重増分に伴うロールたわみの変化により，ロール回転が停止状態であるため発生するものであり、若干ロール回転させ、各ロール間の接触部を滑らすことによって解放可能であることを、本発明者らの詳細な検討から知見した。
【００１４】
次に、図１から図２を参照して本発明の実施形態による板圧延機の変形特性の同定方法およびそれを用いる圧延方法を説明する。
図１は、本発明の請求項１の板圧延機の変形特性の同定方法であって、好ましい第１の実施形態のアルゴリズムを示すフローチャートを示している。このような板圧延機の変形特性の同定は、圧延作業を始める前の準備作業として必要であり、補強ロールを組み替える毎に実施することが好ましい。
【００１５】
先ず、ロール回転停止状態で圧下装置を左右同時圧下モードで操作し、キスロール締め込み状態で所定の圧下位置まで締め込む（ステップＳ１０）。ここで、左右同時圧下モードとは、圧下位置の左右差すなわち圧下レベリングは固定したまま、左右の圧下位置を同じ方向に同じ量だけ変化させる運転モードのことである。同時圧下モードで運転する限り圧下レベリングが変化することはない。次に、ロール回転停止状態のまま、左右同時圧下モードで圧下装置を一定量だけ締め込み、その後、ロールを若干回転させ各ロール間の摩擦抵抗を解放する（ステップＳ１１）。この時のロール回転量は、例えば、締め込み荷重増分による作業ロールたわみの変化、補強ロールたわみの変化を推算し、作業ロール〜補強ロール間
の接触部において必要となるロール軸方向の滑り距離を計算して求めても良い。あるいは、ロール間クロス角とスラスト力の関係からスラスト力の許容値でのロール間クロス角を算出し、スラスト方向（ロール軸方向）の滑り距離を消化するのに必要な回転距離を算出し求めても良い。次に、ロール回転を停止し、その状態で左右の圧下位置、左右の圧延荷重測定装置の出力値を採取する（ステップＳ１２）。所定の圧下位置水準のデータ採取が完了するまで上記ステップＳ１１〜Ｓ１３を繰り返す。つまり、ステップＳ１３においてデータ採取完了か否かを判断し、Ｎｏの場合、アルゴリズムはステップＳ１１に帰還し、Ｙｅｓの場合はステップＳ１４に進む。この際の圧下位置水準の数は、キスロール締め込みで実現可能な荷重を含めた２水準以上のデータが最低必要であり、通常は１０〜２０点程度の圧下位置水準でキスロール締め込みを実施することになる。ただし、この時、圧下装置を締め込む方向と開放する方向とで締め込み荷重に差異を生じる、いわゆるミルヒステリシスを生ずることが多いので、このような場合には、締め込み方向と開放方向の少なくとも１往復動作に対するデータを採取し、例えば、両者の測定データを平均化する等の操作を行うことが好ましい。
【００１６】
次に、ステップＳ１１〜１３で採取したキスロール締め込みデータ、すなわち、各圧下位置条件に対する左右の圧延荷重測定装置の出力値を使用して、各圧下位置条件における補強ロールおよび作業ロールの変形量（ロールたわみ、ロール扁平）の左右差を含め計算し、各圧下位置条件に対するロール系の変形量を演算する（ステップＳ１４）。このようにロール系の変形量を具体的に演算する方法は、特公平４-７４０８４号公報に開示されている方法等によって、上記ステップＳ１４の演算結果よりロール間の荷重分布が求められているので、補強ロールおよび作業ロールのたわみ変形および偏平変形の左右差を含めて計算することができ、これらの変形の結果として補強ロールの圧下支点位置に生じる変位を計算することができる。
【００１７】
次に、キスロール締め込みデータの圧下位置変化で評価される圧下支点位置における圧延機全体の変形量から、上記ステップＳ１４のロール系の変形量を差し引き、ハウジングおよび圧下系の変形特性を左右独立に演算する（ステップＳ１５）。圧延機全体の変形量は圧下位置変化で評価されているので、これより上記圧下支点位置におけるロール系の変形量を差し引き、ハウジングおよび圧下系の変形特性を左右独立に演算する。なお、作業側および駆動側のハウジングおよび圧下系の変形量をΔ0W、Δ0Dとすると、作業側および駆動側の圧延荷重測定装置の出力値をＰW 、ＰD とすると、Δ0W、Δ0Dは離散的関数として次式のように表現することができる。
Δ0W ＝Δ0W (ＰW ) ・・・  (1)
Δ0D ＝Δ0D (ＰD ) ・・・  (2) 
以上のように、本発明の請求項１の板圧延機の変形特性の同定方法では、ロール間スラスト力の影響を排除し、かつ、ロール間の摩擦抵抗による同定誤差を排除できるので、従来に比して高精度な圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性の同定ができる。
【００１８】
図２は、本発明の請求項２の板圧延機の圧延方法であって、好ましい第２の実施形態によるアルゴリズムを示すフローチャートであり、本発明の請求項１の同定方法で求められた圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性を用いて実施する圧下位置設定および圧下位置制御方法の例を示している。
本実施形態においては、第１の実施形態と同様の手順で圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性を左右独立に求める（ステップＳ２０〜ステップＳ２５）。
この圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性に基づき、圧延実行時の作業側および駆動側の圧下位置設定値および／または圧下位置制御量を演算する（ステップＳ２６）。
【００１９】
このように、本発明の第２の実施形態の方法では、ロール間スラスト力およびロール間の摩擦抵抗の影響を排除した圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性の同定結果に基づいて，圧延機の左右の変形特性を正確に把握して圧延前の圧下位置設定を実施するので、板幅中央部板厚と板厚ウェッジの双方において圧延材頭部より優れた精度を実現できることになると共に、蛇行やキャンバーを生じない安定かつ高精度な圧延操業が可能となる。
また、圧延開始後の圧延作業中には、種々の原因により、板厚の変動、蛇行や板厚ウェッジが発生する。これを制御するためには、圧延機に配設された圧延荷重測定装置の出力値の変化を観測し、これより板厚、板厚ウェッジ量を推定して、これを所望する値に動的に制御する方法が適用される。このような制御を実施する際には、圧延荷重の変化に伴う圧延機変形の変化量を演算する必要があり、本発明の方法のように、圧延機の変形特性の左右非対称性を含めて正確に把握しておくことにより、上記圧下制御の効果が大幅に改善されることになる。
【実施例】
【００２０】
図３に示す圧延設備と同等の機能を有する実機ホットストリップミル仕上圧延機No．７スタンドに本発明の板圧延機の変形特性同定方法および圧延方法を適用した場合の実施例について説明する。
圧延前に実施する板圧延機の変形特性の同定および圧下位置設定に関して、従来方法と本発明の方法との比較を行った。先ず、従来方法に従って、圧延前の非圧延時に、ロール回転停止状態でキスロール締め込みを実施し、作業側および駆動側の圧下位置と圧延荷重測定装置の出力値を採取し、このキスロール締め込みデータから、左右の圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性を同定した。その同定結果を図５に示す。
そして、この圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性に基づき、No．７スタンドについて圧延前の圧下位置設定を実施した。その結果、出側板厚１．２ｍｍ、幅１２００ｍｍの薄物広幅材の圧延した場合、板厚ウェッジが発生すると共に、尾端部が通板する際に蛇行により絞り込みが発生した。
【００２１】
一方、本発明の方法では、上述の第１の実施形態で示し手順に従って、ロール回転停止状態におけるキスロール締め込みを行う際、圧下位置条件毎にロールを回転させロール間の摩擦抵抗を解放してからデータを採取し、このキスロール締め込みデータから左右の圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性を同定した。図６には、その同定結果を示す。
【００２２】
そして、この圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性に基づき、No．７スタンドについて圧延前の圧下位置設定を実施した。その結果、従来法で絞り込みが生じた出側板厚１．２ｍｍ、幅１２００ｍｍの薄物広幅材を圧延した場合でも、板厚ウェッジ発生も少なく圧延材を圧延ラインに真直に通板させることができた。
以上のように、本発明の方法では、ロール間スラスト力およびロール間の摩擦抵抗の影響を排除した圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性の同定を行い、この同定結果に基づいて圧延開始前の圧下位置設定を最適に実施することによって、圧延材頭部の圧延開始時点から蛇行やキャンバーを発生させない安定な圧延操業を実現できることが証明された。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の請求項１に記載の板圧延機の変形特性同定方法であって、好ましい第１の実施形態のアルゴリズムをフローチャートで模式的に示す図である。
【図２】本発明の請求項２に記載の板圧延方法であって、好ましい第２の実施形態によるアルゴリズムをフローチャートで模式的に示す図である。
【図３】本発明の好ましい実施の形態を説明するための圧延設備の構成を側面図で模式的に示す図である。
【図４】ロールたわみが生じた場合の補強ロールおよび作業ロール間のロール軸方向の変位の方向を模式的に示す図である。
【図５】従来方法による実ホットストリップミル仕上圧延機 No．７スタンドの作業側および駆動側の圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性の同定結果を示す図である。
【図６】本発明の方法による実ホットストリップミル仕上圧延機 No．７スタンドの作業側および駆動側の圧延機ハウジングおよび圧下系の変形特性の同定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  ４段圧延機
２  ハウジング
３ａ，３ｂ  作業ロール
４ａ，４ｂ  補強ロール
５ａ，５ｂ  作業ロールチョック
６ａ，６ｂ  補強ロールチョック
７  圧延荷重測定装置
８  圧下装置
９ａ，９ｂ  インクリース作業ロールベンディング装置
１０ａ，１０ｂ  ディクリース作業ロールベンディング装置
１１  パスライン高さ調整用ライナー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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